Investigadores de la Facultad de ingeniería mecánica en la Universidad de Connecticut, liderados por Thanh Nguyen, PhD, han desarrollado un implante biodegradable que ayuda a los medicamentos de quimioterapia a penetrar la barrera hematoencefálica y dar un golpe directo a los tumores cerebrales.
Es el último avance en un campo de rápido crecimiento que utiliza ultrasonido (ondas sonoras de alta frecuencia indetectables para los humanos) para combatir el cáncer y otras enfermedades.
El problema abordado por los investigadores es la barrera hematoencefálica, un revestimiento de vasos sanguíneos casi impenetrable que evita que las moléculas dañinas pasen al cerebro desde la sangre. Pero este revestimiento también puede impedir que los medicamentos de quimioterapia lleguen a las células cancerosas.
Los científicos implantaron dispositivos de un centímetro cuadrado en los cráneos de ratones, directamente detrás del sitio del tumor. Los implantes generan ondas de ultrasonido, aflojando la barrera y permitiendo que los medicamentos lleguen al tumor. Las ondas sonoras dejan el tejido sano intacto. Se inyecta el medicamento en el cuerpo y enciende el ultrasonido al mismo tiempo esto hace que se llegue con precisión al área del tumor cada vez que lo usen.
El fármaco utilizado en el estudio fue paclitaxel, que normalmente tiene dificultades para atravesar la barrera hematoencefálica. Los tumores se redujeron y los ratones duplicaron su vida útil, en comparación con los ratones no tratados. Los ratones no mostraron efectos negativos para la salud 6 meses después.
El implante biodegradable está hecho de glicina, un aminoácido que también es fuertemente piezoeléctrico, lo que significa que vibra cuando se somete a una corriente eléctrica. Para hacerlo, los investigadores cultivaron cristales de glicina, los rompieron en pedazos y finalmente utilizaron un proceso llamado electrohilado, que aplica un alto voltaje eléctrico a los nanocristales.
El voltaje fluye hacia el implante a través de un dispositivo externo. El ultrasonido resultante hace que las células fuertemente adheridas de la barrera hematoencefálica vibren, estirándolas y creando espacio para que se formen los poros. Eso permite la entrada de partículas muy pequeñas, incluidos los medicamentos de quimioterapia.
Un implante biodegradable anterior se rompió de la fuerza, pero el nuevo implante de glicina es más flexible, estable y altamente piezoeléctrico. Podría implantarse después de que un paciente se someta a una cirugía para extirpar un tumor cerebral, para continuar tratando las células cancerosas residuales. El implante se disuelve inofensivamente en el cuerpo con el tiempo, y los médicos pueden controlar su vida útil.
El estudio de Nguyen se basa en esfuerzos similares, incluido un ensayo clínico reciente de un implante no biodegradable para tratar tumores cerebrales.¹
El ultrasonido puede enfocar la energía en objetivos precisos en el cuerpo. Es como "usar una lupa para enfocar múltiples haces de luz en un punto y quemar un agujero en una hoja", dijo Neal Kassell, MD, fundador y presidente de la Focused Ultrasound Foundation. Este enfoque preserva el tejido normal adyacente.
Los médicos ahora entienden más de 30 formas en que el ultrasonido interactúa con el tejido, desde destruir el tejido anormal hasta administrar medicamentos de manera más efectiva y estimular una respuesta inmune. Hace una década, solo se conocían cinco interacciones de este tipo. Esto abre la puerta para tratar un amplio espectro de trastornos médicos, desde enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson hasta cánceres difíciles de tratar de próstata y páncreas, e incluso adicciones.
Kassell prevé el uso de ultrasonido focalizado para tratar tumores cerebrales como una alternativa (o complemento) a la cirugía, la quimioterapia, la inmunoterapia o la radioterapia. Mientras tanto, los implantes han ayudado a mostrar "la efectividad de abrir la barrera hematoencefálica.
El equipo de Nguyen planea probar la seguridad y eficacia de su implante en cerdos. Eventualmente, espera desarrollar un parche con una serie de implantes para apuntar a diferentes áreas del cerebro.
Referencia
Sonabend AM, Gould A, Amidei C, Ward R, Schmidt KA, Zhang DY, Gomez C, Bebawy JF, Liu BP, Bouchoux G, Desseaux C, Helenowski IB, Lukas RV, Dixit K, Kumthekar P, Arrieta VA, Lesniak MS, Carpentier A, Zhang H, Muzzio M, Canney M, Stupp R. Repeated blood-brain barrier opening with an implantable ultrasound device for delivery of albumin-bound paclitaxel in patients with recurrent glioblastoma: a phase 1 trial. Lancet Oncol. 2023 May; 24(5): 509-522. https://doi.org/10.1016/S1470-2045(23)00112-2. PMID: 37142373